1、第6章 测试技术在机械工程中的应用,6.1 位移的测量 6.2 力的测量 6.3 振动的测试 6.4 压力的测量 6.5 流量的测量 6.6温度的测量,6.1 位移的测量,6.1.1 常用的位移测量方法 针对位移测量的应用场合，可采用不同用途的位移传感器，下面介绍一些常用位移传感器的主要特点和使用性能，供选用时参考。见表6-1 6.1.2 常用的位移传感器 1.滑线电阻式位移传感器 滑线电阻式位移传感器的工作原理是将线位移变换成电阻值的变化，结构基本上就是一个触头可移动的变阻器，如图6-1所示。,下一页,图6-1 滑线电阻式位移传感器,1测量轴，2滑线电阻，3触头，4弹簧，5滑块，6导轨，7外
2、壳，8无感电阻,返 回,表6-1 常用的位移传感器的性能及特点,下一页,表6-1 常用的位移传感器的性能及特点(续),上一页,下一页,表6-1 常用的位移传感器的性能及特点(续),返 回,上一页,6.1 位移的测量,2电阻应变式位移传感器 位移传感器所用弹性元件的刚度应当小，否则会因弹性恢复力过大而影响被测物体的运动，位移传感器的弹性元件可采用不同的形式，最常用的是梁式元件。 弹性敏感元件可以将位移量转换为应变值，而应变片则可以将应变值转换成电阻阻值的变化率，因此，将电阻接入电桥就可以测量出位移的大小，弹性敏感元件和电阻应变片就共同构成了位移传感器。 位移传感器的弹性元件可采用不同的形式，最常
3、用的是梁式元件，图6-2所示为组合式位移传感器。,下一页,上一页,图6-2 组合式位移传感器,悬臂梁；2应变片；3壳体； 4弹簧；5测杆,返 回,6.1 位移的测量,3电感式位移传感器 在第2章的第五节已对用于测量微小位移的差动变压器的工作原理以及差动相敏检波电路作了介绍，此处介绍一种用于测量大位移的两段式差动变压器及其测量电路。 两段式差动变压器结构原理图如图6-3所示。 传感器的测量电路如图6-4所示 4电容式位移传感器 电容式位移传感器多采用变极距型平板电容器，其结构简单，可实现非接触式测量，因此对被测物体不施加负载，且灵敏度高，分辨力高，能检测出0.01m甚至更小的位移，动态响应性能也
4、好。图6-5是一个位移传感器的结构实例。,下一页,上一页,图6-3 两段式差动变压器,a)结构图b)磁场分布图 1(1L、1R)一感应线圈，2一铁心，3一滑动支承，4一外壳， 5一端盖，6一磁极，7一胶木管，8一励磁线圈,返 回,图6-4 长行程位移测量仪电路框图,返 回,图6-5 电容式位移传感器,1-弹簧卡圈 2-壳体 3-电极座 4、6、8-绝缘衬套 5-盘形弹簧 7-螺帽 9-电极,返 回,6.1 位移的测量,5霍尔式微位移传感器 由霍尔元件制成的传感器。具有在静止状态下感受磁场的能力。而且具有结构简单、小型、频率响应宽、动态范围大、无接触，寿命长等特点，但它的温度稳定较差，转换效率较
5、低。 霍尔元件测位移的基本原理是：保持其激励电流不变，使霍尔元件在一个梯度均匀的磁场中移动，则其输出的霍尔电势值取决于它在磁场中的位移量，测出霍尔电势的大小，即可对微位移进行测量。当位移非常小时，霍尔电势的大小与位移成正比。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近于线性。,下一页,上一页,6.1 位移的测量,6数字式位移传感器 随着数字技术的发展，近年来出现了各式各样的数字式位移传感器，常用的数字位移传感器有：光栅、编码器、光电盘和感应同步器等。它们既可以进行线位移测量，也可作角位移的测量，二者的基本原理相同。 光电盘是一种最简单的光电式转角测量元件，其工作原理和测
6、量系统结构如图6-7所示，由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光电管、整形放大电路和数字显示装置组成。 光电盘的制造精度较低，易受环境干扰，多用于简易型和经济型数控机床上。,下一页,上一页,图6-7 光电盘的工作原理,1光源，2聚光镜，3光电盘，4光栏板，5光电管，6整形放大电路， 7数字显示装置，8齿轮箱，9狭缝，10铬层,返 回,6.1 位移的测量,6.1.3 位移传感器的选用原则 位移传感器的选用除了遵循一般传感器的选用原则外，还要注意以下几点： （1）要根据被测量形式选择 （2）要根据测量范围选择 （3）要根据测量精确度选择 （4）要根据工作条件选择,返 回,上一页,6.2 力的测量,6.
7、2.1 电阻应变式测力传感器 1.应力应变的测量 应力应变的测量主要是通过电阻应变片测出构件表面的应变，再根据应力、应变的关系式来确定构件表面应力状态。具体的实现方法是：依据被测构件的实际受力情况，将工作的应变片合理的粘贴在构件表面，当构件在力的作用下产生变形时，应变片的阻值也会发生相应的变化。 1)电阻应变片的选择 要想正确选择应变片就必须对影响应变片工作特性的主要技术参数进行了解。 （1）初始电阻 （2）绝缘电阻 （3）灵敏系数 （4）允许工作电流和逸散功率,下一页,6.2 力的测量,2)电阻应变片的粘贴 正确的粘贴工艺对保证粘贴质量，提高测试精度有着很大的影响。粘贴时主要包含以下步骤：
8、第一步、在粘贴之前首先要对应变片作外观检查和阻值检查。 第二步、试件的表面处理。 第三步、确定应变片的定位线。 第四步、粘贴。 第五步、固化。 第六步、粘贴质量检查。,下一页,上一页,6.2 力的测量,3)电阻应变片的温度误差 电阻应变片由于温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成电阻变化几乎有着相同的数量级，如果不采取必要措施克服温度的影响，测量精度将无法保证。温度误差的产生原因主要有两个方面：一是敏感栅的电阻温度效应，随着环境温度的变化，电阻丝的电阻率也将随之产生变化。二是被测物体因为温度改变而产生的附加力对应变片的影响。 4)应变片的布置及电桥接法 实验分析证明：只要合理选择贴片位置和方
9、位、选择合适的电桥作为测量电路，并将其合理的接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测出指定成分而排除其它成分的影响。,下一页,上一页,6.2 力的测量,5)电桥工作方式和输出电压 在应变测量系统中，常采用交流电桥，供桥电源与电桥放大器的载波信号同频率，四个桥臂均为电阻应变片，由可调电容平衡分布电容。当电桥各桥臂应变片的初始电阻相等且灵敏度都为K时，电桥的输出电压为：（6-5）,下一页,上一页,6.2 力的测量,2. 应力应变测量系统 机械结构的应力应变测量通常分静态与动态两种，其测量工况、方法和步骤等按不同的机械种类和测量的目的而有所不同。就其测量系统而言，大体构成如下图6-8所
10、示。 3.电阻应变式切削力测量系统 典型的电阻应变式切削力测量系统如下图6-9所示。 图6-10为外圆磨削时的测力传感器。 4.电阻应变式轧制力测量系统 电阻应变式轧制力测量系统是通过测量基架立柱的拉伸应变来测量轧制力的。轧制时，轧机牌坊力柱产生弹性变形，其大小与轧制力成正比，所以测出牌坊力柱的应变就可推算出轧制力。,下一页,上一页,图6-8 应力测量系统,返 回,图6-9 典型的电阻应变式切削力测量系统,返 回,图6-10 外圆磨削时的测力传感器,返 回,6.2 力的测量,6.2.2 电容式差压传感器 图6-12所示为电容式差压传感器。6.2.3 压磁式测力传感器 图6-13(a)为一种典型
11、的压磁式测力传感器，其核心部件是压磁元件。压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成，如图(b)所示。 磁式传感器的输出信号较大，一般不需要放大。其测量电路主要由激磁电源、滤波电路、相敏整流和显示器等组成，如图6-14所示。,返 回,上一页,图6-12 电容式差压传感器,1-弹性膜片 2-凹玻璃圆片 3-金属涂层 4-输出端子 5-空腔 6-过滤器 7-壳体,返 回,图6-13 压磁式测力传感器,返 回,图6-14 压磁式传感器的测量电路,返 回,6.3 振动的测试,6.3.2 机械振动参数的测试 振动参数的测试主要是振动三要素的测试，包括振动的幅值、频率和相位这三个基本参数。 幅值：幅值是
12、振动强度的标志，可以用峰值、有效值、平均值等不同的基本参数来表示。 频率：由于不同的频率成分可反映系统内不同的振源，所以通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。,下一页,6.3 振动的测试,1.常用的测振传感器 在振动速度的测量中，最为常用的是应变式加速度传感器和压电式加速度传感器。图6-15中所示为应变式加速度传感器结构简图，它由悬臂梁、质量块、基座组成，内部用硅油作阻尼剂。 压电式加速度传感器有
13、压缩型、剪切型、弯曲型以及它们的组合，如图6-16所示，它们之间的主要差别是压电晶体承受应力的形式不相同。 在不同情况下测量振动，必须准确选择合适的加速度计安装方法，因为它们对于测量准确度的影响很大。如图6-17所示为压电式加速度传感器的的安装方法。安装状态直接影响传感器的频率范围。,下一页,上一页,图6-15 电阻应变式加速度传感器,返 回,图6-16 压电晶体加速度计结构,（a） （b） （c）（a）中央压缩型 （b）三角剪切型 （c）环状剪切型 1-弹簧 2-质量块 3-压电晶体 4-基座 5-预紧力环,返 回,图6-17 压电式加速度传感器的安装方法,返 回,6.3 振动的测试,2测振
14、放大器 测振放大器不但具有放大的作用，还兼有积分、微分及滤波等功能。常用的有电压放大器、电荷放大器及调制型放大器。应变式、电磁式和电容式传感器主要采用调制型放大器；电压式和电磁式等传感器主要采用电压和电荷放大器；压电加速度传感器产生的电荷则可选电压放大器或电荷放大器。表6-6为各种测振传感器原理及配套使用的放大器。,下一页,上一页,表6-6 各种测振传感器及配套使用的放大器,下一页,表6-6 各种测振传感器及配套使用的放大器（续）,上一页,返 回,6.3 振动的测试,6.3.3 振动系统特性参数的测试 1.激励方式 1）稳态正弦激振 稳态正弦激振是最普遍的激振方法。它的工作原理是对被测对象施加
15、一个稳定的单一频率的正弦激振力，并测定振动响应与正弦力的幅值比与相位差。其优点是激振功率大，信噪比高，能保证低频响应对象的测试精确度，另外，稳态正弦激振测试系统所采用的测试仪器设备比较通用，测试的可靠性也较高；其缺点是要获得足够精度的测试数据，需要很长的测试周期，特别是对于小阻尼对象，为了达到“稳态”，需要足够的时间。,下一页,上一页,6.3 振动的测试,2）瞬态激振 瞬态激振属宽带激振法，所以可由激振力和响应的自谱密度函数和互谱密度函数求得系统的频响函数。目前常用的瞬态激振方式有：快速正弦扫描激振、脉冲激振和阶跃激振。 （1）快速正弦扫描激振 这种方式由于仪器设备的进展应用越来越广。激振信号
16、频率在扫描周期T中呈线性地增大，但是幅值保持不变。激振函数为：图6-18所示为快速正弦扫描信号及其频谱。,下一页,上一页,图6-18 快速正弦扫描信号及频谱,返 回,6.3 振动的测试,（2）脉冲激振 脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子(称脉冲锤)敲击试件，使试件受到一个脉冲力的作用激起振动称为脉冲激振动。这种敲击力并非是理想的（ t）函数，而是近似的半正弦波，如图6-19所示，其有效频率范围决定于脉冲持续时间。脉冲锤如图6-20所示。 （3）阶跃激振 阶跃激振的激振力来自一根刚度大重量轻的弦。试验时，在激振点处，由力传感器将弦的张力施加在试件上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，因此相当
17、于对试件施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑结构的振动测试中被普遍应用。,下一页,上一页,图6-19 半正弦波及频谱 图6-20 脉冲锤结构,返 回,6.3 振动的测试,3）随机激振 随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，是一种宽带激振方法。它使测对象在一定频率范围内产生伪随机振动，与谱分析仪相配合，获得被测对象的频率响应。 随机激振测试系统的优点是可实现快速甚至“实时”测试，许多机械或结构在工作时受到的干扰力和动载荷往往具有随机性质，可用传感器通过分析仪器来实现“在线”分析。但它所用的设备复杂，价格较昂贵。,下一页,上一页,6.3 振动的测试,2.激振器 1) 电
18、动式激振器 电动式激振器由弹簧壳体磁钢顶杆磁极板铁芯和驱动线圈等元件组成，结构如图6-21所示。 2)电磁式激振器 电磁式激振器由底座1、铁芯2、励磁线圈3、力检测线圈4、工件5及位移传感器6等部件组成，其结构如图6-22所示。 3)电液式激振器 电液式激振器是根据电液原理制成的一种激振设备，由伺服阀（包括激振器、操纵阀和功率阀）和液压执行元件（活塞）组成，如图6-23所示。,返 回,上一页,图6-21 电动式激振器,1弹簧， 2壳体， 3磁钢， 4顶杆， 5磁极， 6铁心， 7驱动线圈,返 回,图6-22 电磁式激振器,返 回,图6-23 电液式激振器,返 回,6.4 压力的测量,6.4.1
19、压力的基本概念 垂直作用在单位面积上的力称为压力，也称压强。 绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，是以绝对真空为标准表示的压力大小。 绝对压力与大气压力之差称为表压力。大气压力就是地面上空气柱所产生的平均压力，用来测量大气气压力的仪表叫气压表。1标准大气压相当于高度为760mm水银柱的压力。 当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值即为真空度。用来测量真空度的仪表称为真空表。,下一页,6.4 压力的测量,6.4.2压力传感器的分类 1.液柱式 液柱式压力计是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理来测量压力大小的。其基本装置就是一根
20、充满蒸馏水、水银或酒精的直形或U形玻璃管。液柱式压力传感器的工作范围较窄，所测压力一般不超过0.3兆帕。液柱式压力传感器灵敏度高，主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。但是由于传感器的工作液体的重度在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量的结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。,下一页,上一页,6.4 压力的测量,2.负荷式 负荷式压力传感器常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计。 3.弹性式 弹性式压力传感器是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力计。弹性式压力测量仪表按采用的弹性
21、元件不同，可分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹营压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是结构简单，结实耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用非常广泛的一种压力计。,下一页,上一页,6.4 压力的测量,4.应变式 应变式压力传感器是通过应变片把压力的变化转换成电阻值的变化，再转换为电压、电流信号输出来进行测量的。应变片可以是金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。 5.压电式 压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等。 6.压阻式 压阻式压力传感器是利用半导体材料硅在受压后，
22、电阻率改变与所受压力有一定关系的原理制做的。用集成电路工艺在单晶硅膜片的特定晶向上扩散一组等值应变电阻，将电阻接成屯桥形式。,下一页,上一页,6.4 压力的测量,6.4.3 常用的压力传感器 1.膜片式应变压力传感器 图6-24为一最简单的平膜压力传感器。 膜片式应变压力传感器的最大优点是结构简单，可以得到较高灵敏度，但是它的缺点是不适于测量高温介质，并且其输出线性较差。 2.压阻式压力传感器 典型结构如图6-25所示。 压阻式压力传感器由于采用了集成电路，尺寸可以做得很小，从而可用来测量局部区域的压力，并且大大改善动态特性。,下一页,上一页,图6-24 膜片式应变压力传感器 图6-25 压阻
23、式压力传感器,返 回,6.4 压力的测量,3.压电式压力传感器 压电式压力传感器主要用于动态或瞬态压力测量，其结构有活塞式和膜片式两种，其中膜片式应用的相对比较广泛。 图6-26是膜片式压电压力传感器的结构图。 4.电感式压力传感器 图6-27所示为电感式压力传感器的结构原理图。膜片在左右压力P2、P1压差的作用下产生位移，通过连杆带动铁芯运动，从而将压差转换微差动变压器的电势输出。,返 回,上一页,图6-26 膜片式压电压力传感器,1-壳体 2-压电元件 3-膜片 4-绝缘圈 5- 空管 6-引线 7-绝缘材料 8-电极,返 回,图6-27 电感式压力传感器,1-差动变压器2-铁芯3-连杆4
24、-膜片,返 回,6.5 流量的测量,6.5.1流量的表示方法 流量有着不同的表示方法： （1）质量流量质量流量是指单位时间内流过某截面的流体的质量，单位为kg/s或kg/h，表达式如下式所示：（6-6） （2）重量流量重量流量是指单位时间内流过某截面的流体的重量，单位为N/s或N/h，表达式如下式所示：（6-7）,下一页,6.5 流量的测量,（3）体积流量体积流量是指单位时间内流过某截面的流体的体积，单位为m3/s或m3/h，表达式如下式所示：（6-8） （4）累计流量累计流量也称为积分流量，是指某一段时间内流过某截面流体的总量，该量可用该段时间内瞬时流量对时间积分得到，即：（6-9）,下一页
25、,上一页,6.5 流量的测量,6.5.2 常用流量计 1.差压式流量计 差压式流量计也称为节流式流量计。它的工作原理是在管道中安装节流装置，当流体流过时会产生局部收缩，在节流元件的前后端形成静压力差p，通过测量这个静压差就可实现流量的测量。它主要由三部分组成：将流量转换为差压信号的节流装置，传输差压信的管路及测量差压值的差压计(或差压传感器)。差压式流量计是测量气体、液体和蒸汽流量最常用的一种仪表。这种仪表的特点是结构简单，使用方便，价格便宜，在工业生产中的应用极为广泛，几乎占到70左右。,下一页,上一页,6.5 流量的测量,节流式装置主要有孔板、喷嘴、文丘利喷嘴和文丘利管等，如图6-27所示
26、。 图6-28所示为膜片式差压计，它由膜片式差压发送器和电动显示仪表所组成，图中只给出了膜片式差压发送器的结构图。 这种差压计中差压发送器的输出信号是电量信号，故流量显示部分的电动仪表可以方便的安装于远离生产现场的操作室的仪表板上。,下一页,上一页,图6-27 孔板、喷嘴、文丘利喷嘴和文丘利管,返 回,图6-28 膜片式差压发送器,1一高压端切断阀；2一低压端切断阀；3一平衡阀；4一高压室；5一低压室；6一膜片； 7一非磁性不锈钢连杆；8一磁性材料制成的铁芯；9一差动变压器的初级线圈；,返 回,6.5 流量的测量,2.椭圆齿轮流量计 椭圆齿轮流量计是典型的容积式流量测量仪表，用于测量液体，特别
27、是高粘度液体的流量，如图6-29所示。其工作原理为，一对相互啮合的椭圆齿轮在流体差压作用下交替地相互带动绕各自的轴旋转，每转一周，排出四份齿轮与仪表壳体之间形成的月牙形孔腔容积的液体，齿轮转轴可与机械部分相连，也可采用齿轮转速的电量变送，测量齿轮的转速就可得到容积流量。 椭圆齿轮流量计安装方便，量程宽，适用于测量高粘度和不含固体杂质液体的流量，也可进行流体累计流量的测量。但仪表的结构较复杂，使用时需要精心维护。,下一页,上一页,图6-29 椭圆齿轮流量计,返 回,6.5 流量的测量,3.湿式气体流量计 湿式气体流量计也是一种容积式流量计，如图6-30所示，它主要用于实验室高准确度气体容积流量的
28、测量。 4.涡轮式流量计 涡轮流量计是一种速度式流量测量仪表，它是以流速的测量为基础的。图6-31是LW型涡轮流量计的示意图。 被测流体通过时，冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，在一定流量范围内，涡轮转速与流量成正比，通过对转速的计算可得到累计流量和瞬时流量。 涡轮流量计的测量精度高，量程大，惯性小，测试信号便于远距离传输且不易受干扰。,下一页,上一页,图6-30 湿式气体流量计,返 回,图6-31 LW型涡轮流量计示意图,1壳体 2永久磁铁与感应线圈 3叶轮 4轴承,返 回,6.5 流量的测量,5.双涡轮时流量计 双涡轮时流量计是一种直接式质量流量计。 质量流量计因为其读数不受流体压力、温度等参数改
29、变所引起密度变化的影响，所以其测量准确度有很大的提高。质量流量计可分为三大类：直接式、推导式和温度、压力补偿式。 图6-32即为双涡轮时流量计。,下一页,上一页,图6-32 双涡轮时流量计,1一时基脉冲发生器 2一门电路 3一计数器,返 回,6.5 流量的测量,6.电磁式流量计 目前工业中测量导电液体的流量常用到电磁式流量计，它应用法拉第电磁感应定律作为测量原理，可以测量各种腐蚀性介质，如酸、碱、盐以及带有悬浮颗粒的浆液等液体的流量。可测的体积流量范围很宽，从每小时数滴到每小时几万立方米，一般精度为1.5级或1级。 电磁式流量计如图6-33所示。,返 回,上一页,图6-33 电磁式流量计,返
30、回,6.6温度的测量,6.6.1温度测量概述 1.温度的基本概念 如果两个系统，它们分别与第三个系统处于热平衡，这两个系统相互也一定处于热平衡，在此状态下它们一定拥有某种共同的宏观性质，人们把这一决定系统热平衡的宏观性质叫温度。这就是热力学第零定律。从微观上讲，温度是物体内部分子热运动激烈程度的标志，是度量分子运动平均动能大小的指标。 为了定量表示物体的冷热程度，必须用数字将温度表示出来，这就是温标，它是用来表征温度的标尺。温标的建立需要三个条件，即测温仪器、固定湿度点和温标方程。,下一页,6.6温度的测量,2.温度的测量原理 温度的测量与其它量的测量不同。长度、质量、电压、电能以及电阻这些参
31、数可以通过与同类标准量相比较测出，但温度不同，它是一个抽象的物理量，只有通过测量某种物质的某一物理特性随温度变化的情况，才能判断温度的变化。 我们知道，物体的很多物理特性，如密度、粘度、电导率、弹性、热容量、热电势以及辐射强度等，都与物质的温度有关，如果这些特性与温度成连续的单值线性函数关系，那么就可以通过测量特性参数的变化间接的测出物体的温度，这就是测温的基本原理，其中，用来判断温度变化的物质称为测温物质。,下一页,上一页,6.6温度的测量,6.6.2 测温方法与测温传感器的分类 根据测温范围可以分为中高温传感器、高温传感器和超高温传感器。 根据传感器的温度特性，测温传感器可以分为线性传感器
32、、临界式传感器和指数式传感器。 根据测量精度分类，测温传感器可以分为标准用传感器、测定绝对值传感器和管理测定用传感器。 根据变换物理特性分类，测温传感器可以分为： （1）热膨胀式 （2）热电阻式 （3）热电动势式 （4）电容式 （5）热辐射强度式 （6）磁特性式 （7）PN结式 （8）弹性式 （9）色调式 （10）变色式 （11）噪声式 （12）NQR （13）约瑟夫逊效应式,下一页,上一页,6.6温度的测量,根据测温传感器的使用方式，测温方法又可分为接触式和非接触式两种。 6.6.3 常用的测温计 1.热膨胀式温度计 热膨胀式温度计是利用液体或固体热胀冷缩的性质制作而成的，常用的有水银、双金
33、属和压力等类型的温度计。此处仅介绍双金属温度计和压力温度计。 双金属温度计是一种固体膨胀式温度计，其测温敏感元件由两种热膨胀系数不同的金属箔片焊接在一起制成的。其工作原理如图6-34所示，双金属温度计的结构如图6-35所示。,下一页,上一页,图6-34 双金属温度计的工作原理,返 回,图6-35 双金属温度计,1指针，2表壳，3金属保护管，4指针轴，5双金属感温元件，6固定端，7刻度盘,返 回,6.6温度的测量,2.压力温度计 压力式温度计是利用液体或蒸汽压力使之工作的，其结构如图6-36所示。 3.热辐射式温度计 1)光学高温计和光电高温计 光学高温计也称为单色辐射温度计，其工作原理基于受热
34、物体的单色辐射强度随温度升高这一现象。 光电高温计以光学高温计为基础，用光敏元件代替人眼，实现了光电自动测量。灵敏度和准确度高；波长范围不受限制，测温下限可向低温扩展；响应时间短；便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送。,下一页,上一页,图6-36 压力式温度计,l感温筒，2酒精或水银， 3毛细管，4波登管,返 回,6.6温度的测量,2)全辐射高温计 全辐射温度计的工作原理是基于四次方定律，即绝对黑体的热辐射能量与其绝对温度的四次方成正比。图6-37为全辐射温度计的工作原理图 3)比色高温计 比色高温计是通过测量热辐射体在两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。这种高温计属非接触测量，
35、测温准确度高，反应速度快，测量范围宽，可测目标小，测量温度更接近真实温度，环境的粉尘、水气、烟雾等对测量结果的影响小。 图6-38为光电高温比色计的结构图。,下一页,上一页,图6-37 全辐射温度计的工作原理,返 回,图6-38 光电高温比色计的原理结构图,返 回,6.6温度的测量,4)红外测温仪 红外温测也是基于辐射原理来测温的。此处介绍红外测温仪和红外热像仪。 红外测温仪常由光学系统、红外探测器、信号处理系统和温度指示器等组成。光学系统收集被测目标的辐射能量，并使其会聚于红外探测器的接收光敏面上；红外探测器把这些能量转换成电信号输出；信号处理系统可以将此微弱的电信号进行放大、线性化处理、辐
36、射率调整、环境温度补偿、抑制噪声干扰等处理，或是直接输出数字信号。 红外测温仪的工作原理如图6-39所示。,下一页,上一页,图6-39 红外测温仪的工作原理,返 回,6.6温度的测量,红外热像仪的测温原理基于被测物体的红外热辐射。它能在一定宽温域内完成无害、实时、连续的非接触温度测量。被测物体的温度分布形成肉眼看不见的红外热能辐射，经红外热像仪转化为电视图像或照片。 红外热像仪的工作原理如图6-40所示。 红外测温仪及红外热象仪在军事、空间技术及工农业科技领域里日益发挥了重大作用。在机械制造中，已被用于机床热变形、切削温度、刀具寿命控制等试验研究中。,返 回,上一页,图6-40 红外热像仪,返 回,
